LCD体散射导光板的制备及其光学性能

第24卷 第2期2009年4月

液 晶 与 显 示

Chinese Jo urnal o f Liquid Cr ystals and Displays

Vol 24,No 2Apr.,2009

文章编号:1007 2780(2009)02 0199 05

LCD 体散射导光板的制备及其光学性能

陈永鹏,叶 勤*,栗万里,唐振方

(暨南大学物理系,广东广州 510632,E mail:fzcyp@)

摘 要:采用体散射导光板模拟设计软件设计了LCD 体散射导光板的有关参数,根据设计要求制备了体散射材料及导光板样品,对导光板样品的视角和光学均匀度进行了测试分析。研究表明,所制备的体散射导光板样品的出射光主要分布在偏离出光面法线一定角度的方向上,具有良好的光学均匀度。样品的实际测试结果和软件模拟的结果相近。关 键 词:体散射;导光板;视角;均匀度

中图分类号:T Q 320.72+2;T N141.9 文献标识码:A

收稿日期:2008 10 07;修订日期:2008 11 28

基金项目:广东省科技计划项目(No.2005B10201055);广州市科技计划项目(No.2005Z3 D0041)

*通讯联系人,E m ail:yq@jn

1 引 言

目前,液晶显示器在平板显示领域中处于主

导地位。导光板作为液晶显示器背光系统中重要的组成部分,其性能的优劣对液晶显示器的显示质量以及能耗有重要影响。传统导光板一般采用透明的光学材料,需要扩散膜等其它辅助光学薄膜才能将点光源或者线光源有效地转换成均匀的面光源。这些光学薄膜增加了背光模组的厚度、加工的复杂性及液晶显示器的成本。由于传统导光板存在上述不足,许多公司和研究机构正努力研究厚度更薄、亮度和光学效率更高和成本更低的新型导光板,以满足市场的需求[1,2]。日本庆应义塾大学小池教授提出了新型体散射导光板的设想[3],通过在光学材料内部掺入高散射微粒子,使得从侧面光源发出的光在导光板内部产生散射,并从导光板正面均匀射出。这样既可减少扩散膜等光学薄膜的使用,同时又提高了光学亮度。

本文采用自主研发的体散射导光板专用模拟设计软件[4]

,对导光板的尺寸和聚合物材料参数进行了优化设计。按照设计参数制备了体散射导光板实验样品,对样品的出光视角和均匀度进行了测试分析。

2 实 验

2.1 体散射导光板样品设计

通过专用的模拟设计软件,对体散射导光板

的尺寸(如图1)及材料的参数进行了设计。根据设计要求,散射粒子和基质材料分别选用SiO 2球形粒子和聚甲基丙烯酸甲酯(PMM A )。其中,SiO 2粒子的平均粒径为3 m,掺杂质量分数为0.3%,粒子在基质材料中呈单分散分布。

图1 导光板尺寸示意图

F ig.1 Schematic diag ram of L GP geo metry par ameter

2.2 样品制备

分别将平均粒径为3 m 的SiO 2球形粒子和PMM A 粒料放置在干燥箱内,干燥温度为80 ,干燥时间为3h 。然后将SiO 2粒子和PMM A 粒料按设定的质量比混合均匀,放入SH J 20同向双螺杆挤出机(南京杰亚挤出装备有限公司)。挤出机各温控区温度分别设定为140 、190 、220 、240 、260 、260 ,机头温度设定为240 ,主机转速设定为120r/min 。在同向双螺杆的作用下,SiO 2粒子和PMM A 粒料进行机械

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混合,再经过挤出、切粒,得到散射材料的粒料。将造好的粒料放置于干燥箱内,在80 下干燥5h,然后把粒料加入H M 7DENKEY 注塑机(日精树脂工业株式会社)。注塑机的机头、中部及后部温度分别设定为260 、240 、220 ,射出压力为10M Pa 。最后将粒料注塑成型,制成导光板样品。2.3 样品测试2.3.1 材料测试

采用PH LIPS 公司的ESEM XL 30电子显微镜观察掺入的SiO 2粒子及粒子在散射材料中的分布情况。

2.3.2 样品光学性能测试

导光板光学性能的主要指标是视角和光学均匀度。实验采用的检测仪器是拓普康BM 7亮度色度仪,光源采用两个发光主波长为645nm 的LED 。将两个LED 固定于导光板一侧,导光板则固定于旋转平台上,亮度色度仪固定于轨道上。将导光板出光面中心点O 作为测试点,分别绕Y 方向和X 方向旋转导光板,测试其在X OZ 平面上的视角 和YOZ 平面上的视角 。取导光板出光面中线上的等间距各点作为测试点,测试其光学均匀度。导光板测试示意图如图2

所示。

图2 导光板测试示意图

Fig.2 Scheme of ex aminatio n fo r L GP

3 结果与讨论

3.1 体散射导光板原理

体散射导光板能够将点光源或者线光源转变为均匀的面光源,主要是因为入射光在掺杂了微

小粒子的聚合物介质中发生了多重光散射现象。体散射导光板模拟设计软件是基于米散射理论

[5]

,应用蒙特卡罗顺序抽样的方法编写的。根

据米散射理论,当入射光强为I 0,微粒周围介质中的波长为!的自然光平行入射到直径为D 的各向同性真球形粒子上时,在散射角为 ,距离粒子r 处的散射光强I 为[6 9]

I =!2

8∀2r

2I 0(i 1+i 2)(1)

光散射函数为

i 1=s 1(m, ,#) s *1(m, ,#)i 2=s 2(m, ,#) s *2(m, ,#)

(2)

其中#=∀D/!,#为粒子的尺寸参数,m 为粒子相对周围介质的折射率,s 1和s 2为散射光的振幅函数。

蒙特卡罗方法是一种随机模拟的方法,先建立概率模型然后利用顺序抽样的方法跟踪大量光子,再通过统计来分析多重散射现象。多重散射光子的自由程抽样公式[10]为:

L =-4ln(random2)/∀D 2CK

(3)

其中L 为光子的自由程,C 为填充粒子的浓度。

3.2 SiO 2粒子在体散射材料中的分布

图3为平均粒径3 m 的SiO 2

粒子的电子显

图3 平均粒径3 m 的SiO 2粒子F ig.3 SiO 2par ticles w ith diamet er of 3

m

图4 SiO 2粒子在掺杂质量分数为0.3%的散射材料中

的分布

F ig.4 0.3%of SiO 2pa rticles in scatter ing mater ial